JP2004087704A

JP2004087704A - Die bonding equipment

Info

Publication number: JP2004087704A
Application number: JP2002245501A
Authority: JP
Inventors: Masaru Saito; 斉藤　勝; Hiroshi Anzai; 安西　洋; Naoyuki Hachiman; 八幡　直幸
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a semiconductor chip to undergo a superior die bonding process. <P>SOLUTION: The semiconductor chip T and a board S are heated and compressed by bonding equipment 20 so as to be bonded together with brazing material interposed between them. The bonding equipment 20 is equipped with a heating means 6 which is mounted with the board S to heat it, a holding member 12 which holds the semiconductor chip T with its tip, and a pressing means which presses the semiconductor chip T against the board T placed on the heating means 6 through the holding member 12, and at least the tip of the holding member 12 is formed of material that is lower in thermal conductivity than a ruby. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを基板に接合するダイボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体の需要の増大化に伴い、その製造については自動化が進んでいる。半導体の製造工程の中には、半導体チップをロウ材により基板に接合するダイボンディング工程というものがあるが、かかる工程についても自動化が行われている。
【０００３】
半導体としての半導体レーザ素子の製造工程におけるダイボンディング工程を行う場合を例に従来のダイボンディング装置５０を図４により説明する。この半導体レーザ素子は、例えばＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザチップＴと、外部への接続リードを備えるリード基板（図示略）と、これらの間に介挿される銅やシリコンからなるサブマウントＳとを備えている。そして、ダイボンディング装置５０は、サブマウントＳに対する半導体レーザチップＴのダイボンディングを行うものである。サブマウントＳには半導体レーザチップＴのボンディング位置に予めロウ材のとしてのＡｕ−Ｓｎ系又はＡｕ−Ｓｉ系の共晶ハンダ膜Ｈが形成されており、ダイボンディング装置５０は、かかるボンディング位置において半導体レーザチップＴを加圧して加熱することでこれらを接合する。
【０００４】
具体的には、ダイボンディング装置５０は、載置されたサブマウントＳを吸着保持すると共に下方から加熱するヒータステージ５１と、半導体レーザチップＴを保持して搬送すると共にヒータステージ５１上のサブマウントＳに半導体レーザチップＴを加圧するチップノズル５２とを備えている。
かかるチップノズル５２は、図５に示すように、その中心線に沿って貫通穴５３を有する管状に形成されており、図における下端部の端面の外形は直径３００［μｍ］，内径は１００［μｍ］に設定されている。また、チップノズル５２の上端部は貫通穴５３の内部を負圧とする図示しない吸引手段と接続されている。従って、下端部側から外気を吸引することになり、当該下端部端面に半導体レーザチップＴを保持することを可能とする。
【０００５】
そして、このように、チップノズル５２の下端部で半導体レーザチップＴを保持した状態でヒータステージ５１上のサブマウントＳまで搬送し、チップノズル５１を押し下げて半導体レーザチップＴをサブマウントＳ側に加圧すると共に下方から２８０〜３８０［℃］で１［ｓｅｃ］間加熱し、共晶ハンダ膜Ｈの溶融によりこれらを接合する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のダイボンディング装置５０は、半導体レーザチップＴをサブマウントＳ側に加圧しながらサブマウントＳの下方から加熱して接合を行う。従って、サブマウントＳが加熱されて半導体レーザチップＴに熱が伝わり、さらに、半導体レーザチップＴの熱はチップノズル５２にも伝達される。かかるチップノズル５２は、その熱伝導率が７５［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度の超硬金属や３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度のルビー或いは３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度のアルミナを素材としているため、半導体チップＴはチップノズルＴが接触する部分とそうではない部分とで１０［℃］程度の温度差が生じてしまう、という問題があった。
かかる場合、半導体レーザチップＴとサブマウントＳとの間に介在する共晶ハンダ層Ｈには溶融が十分に行われる部分とそうではない部分とが生じ、接合不良を生じてしまう可能性があった。また、半導体チップＴの内部で上述のような温度差が生じると、図４に示すように、バイメタル効果により半導体チップＴにソリを生じ、さらに接合不良を生じる可能性があった。
【０００７】
また、半導体チップＴはチップノズル５２の吸引により保持されているので、加熱時において、半導体レーザチップＴとチップノズル５２の先端面との隙間から外気空気の流入を生じ、この流動する空気もまた温度差の発生の原因となっていた。
【０００８】
本発明は、半導体チップと基板とを良好に接合することを、その目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、半導体チップとその基板とを加熱加圧して、それらに介在するロウ材により接合するダイボンディング装置であって、基板を載置すると共に加熱する加熱手段と、その先端部で半導体チップを保持する保持部材と、この保持部材を介して半導体チップを加熱手段に載置された基板側に加圧する加圧手段とを有し、保持部材の少なくとも先端部を熱伝導率がルビーよりも低い素材から形成する、という構成を採っている。
【００１０】
ここで、上記「半導体チップ」には、半導体レーザチップ，ＩＣチップ，ＬＳＩチップ等のように半導体に該当する素子の電子回路が形成されるチップ全般を示すものとする。
また「基板」とは、アルミナ基板やセラミック基板を含む上述の半導体チップがダイボンディングされる基板全般をいうものとする。従って、アルミナ基板，セラミック基板，半導体レーザチップに対するサブマウント等も「基板」の概念に含むものとする。
【００１１】
上記構成では、加熱手段において基板を加熱し、これと前後して保持部材の先端に保持された半導体チップを基板上面に載置すると共に加圧する。このとき、基板と半導体チップとの間には加熱によって溶融するロウ材が介挿されている。かかるロウ材は、ダイボンディング工程の前に予め基板又は半導体チップのいずれかにその接合面に層状に形成しても良く、また、基板側に半導体チップを加圧する際に介挿せしめても良い。
【００１２】
そして、加熱手段からの加熱により、基板を介して熱が伝導されてロウ材が溶融し、半導体チップ側からの加圧によりロウ材は基板とチップの隙間に広がり、加熱手段からの熱は半導体チップにも伝導する。このとき、保持部材が熱伝導率の高い素材であると、半導体チップに伝導した熱はさらに保持部材側に逃げて、半導体チップの加熱状態が保持部材の接触している部分としていない部分とで不均一となるが、上記構成では、保持部材の先端部は熱伝導率が低い素材により形成されているので、保持部材側への熱量の損失が少なく、上述のような不均一状態の発生が抑制される。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、保持部材の先端部の端面に凹部と凸部とを設け、凸部のみで半導体チップと接触して保持する、という構成を採っている。
上記凹部と凸部には、保持部材の先端面に溝部を設けた場合をも含むものとする。その場合、溝部が凹部であり、溝部以外の部分が凸部となる。
上記構成では、請求項１記載の発明と同様の動作が行われると共に、保持部材がその先端部の端面全体ではなく凸部のみで半導体チップと接触するので、接触面積が低減され、半導体チップから保持部材側へ伝導される熱量をさらに低減することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、保持部材が半導体チップを保持する際には、空気吸引手段を作動させて、その先端部からの外気の吸引を行う。これにより、管状の保持部材はその内部が大気圧よりも低圧となり、保持部材の先端部に半導体チップが吸着する。そして、かかる状態で、加熱手段上の基板に対して保持部材は加圧を行う。すると、加圧検出手段により加圧状態が検出され、吸引停止機能により、保持部材における吸引状態が非吸引状態に切り替えられる。その結果、保持部材の先端部では半導体チップを吸着することができなくなるが、既に、半導体チップは基板と保持部材との間に挟まれているので、加熱及び加圧が有効に行われ、半導体チップは基板に接合される。
【００１５】
ここで、加圧検出手段は、保持部材の加圧状態を直接的に検出するセンサや、加圧手段への加圧開始を指示する制御信号を検出する手段をも含まれるものとする。
また、保持部材の吸引状態と非吸引状態との切り替えは、空気吸引手段に対する作動と非作動を制御信号により指示する場合や、保持部材と空気吸引手段との間でその接続状態と非接続状態とを制御信号により切り替える場合を含むものとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態の全体構成）
本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態たるダイボンディング装置２０は、半導体チップとしての半導体レーザチップＴを基板としてのサブマウントＳに対してダイボンディングするための装置である。かかるダイボンディング装置２０は、ダイボンディング前のサブマウントＳを複数載置可能なサブマウントトレー２をその上部に備えるサブマウントトレーステージ１と、ダイボンディング前の半導体レーザチップＴを複数載置可能な半導体レーザチップトレー４をその上部に備えるチップトレーステージ３と、上方からの加圧によりサブマウントＳに蒸着されたハンダ層の酸化膜を破壊するための作業をその上面で行うサブステージ９と、サブステージ９の上面に載置されたサブマウントＳに対して上方から加圧を行うマウント加圧機構１１と、熱源であるヒータ６ａを内蔵する加熱手段としてのヒータステージ６と、このヒータステージ６をＸ方向及びＹ方向に移動して位置決めするＸ−Ｙテーブル５と、サブマウントＳを保持して所定位置まで搬送するサブマウント搬送手段としてのサブマウントヘッド１５と、半導体レーザチップＴを保持すると共に所定位置に搬送するチップヘッド１３と、ヒータステージ６上のサブマウントＳの位置認識を行うためのカメラ１６と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段７とを備えている。
【００１７】
（各ステージ）
上記各ステージ１，９，６，３は、サブマウントトレーステージ１，サブステージ９，ヒータステージ６，チップトレーステージ３の順番でＸ方向に沿って一列に並んで配設されている。そして、各ステージ１，９，６，３はいずれもその用途に応じてサブマウントＳ又は半導体レーザチップＴを載置できるようにその上面部が水平且つ平坦に形成されている。
【００１８】
また、ステージ１，９，３はその位置が固定されているが、ヒータステージ６のみはＸ−Ｙテーブル５によってＸ方向及びＹ方向に沿って位置調節可能に支持されている。さらに、ヒータステージ６は、前述したようにヒータ６ａを内蔵しているので、その上面に載置されたサブマウントＳ及び半導体レーザチップＴを加熱することが可能となっている。
また、ヒータステージ６とサブステージ９とは、いずれも、その上面にバキュームエアを通すことにより空気吸入を行う吸引孔が設けられている。これは、各ステージ６，９上での作業時において、サブマウントＳを所定位置で吸着し、位置ズレを防ぐためのものである。
【００１９】
また、ヒータステージ６の近傍には図示しない不活性ガス供給手段と冷却手段とが設けられている。不活性ガス供給手段は、不活性ガスである窒素ガスの供給源とヒータステージ６上に向けられた吹き出しノズルとを有しており、サブマウントＳに半導体レーザチップＴをボンディングする際にこれらに窒素ガスの吹きつけを行う。また、冷却手段は、冷却エアの供給源とヒータステージ６上に向けられた吹き出しノズルとを有しており、サブマウントＳに半導体レーザチップＴをボンディングした後にその加熱された状態を冷却エアの吹きつけにより冷却する。
【００２０】
（マウント加圧機構）
マウント加圧機構１１は、サブステージ９の上方に配設されている。そして、後述する図示しないＸＹＺガントリ及びこれにより移動するマウントヘッド１５との衝突を回避し，またそれらの可動を妨げないように、マウント加圧機構１１は、Ｚ軸昇降機構（図示略）によりＺ方向に沿って移動可能に支持され、上方に退避することが可能である。
【００２１】
また、このマウント加圧機構１１自体も当該加圧機構１１からＺ方向に沿って突出移動と退避移動とが可能な加圧治具１０を有している。この加圧治具１０は、その突出移動（下方への移動）により、その下端部の端面がサブステージ９上のサブマウントＳに当接し、加圧することが可能となっている。かかるマウント加圧機構１１による上方からの加圧は、サブステージ９上に載置されたサブマウントＳの上面に蒸着形成されたハンダ層の酸化膜を破壊するために行われるものである。従って、加圧治具１０は、酸化膜の破壊に好適であるように、その下端部の端面に凹凸が形成されるような素材，具体的には他孔質セラミック等により形成されている。また、この加圧治具１０は、サブマウントＳを全体的に加圧できるように、その下端部の端面がサブマウントＳの上面よりも大きく設定されている。
【００２２】
（サブマウントヘッド）
サブマウントヘッド１５は、図示を省略したＸＹＺガントリにより、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に沿って移動し位置決め可能に支持されている。このサブマウントヘッド１５は、下方に突出した状態でサブマウントノズル１４を有している。かかるサブマウントノズル１４は、超硬である金属素材により形成されており、その下端部の端面から上端部にかけて貫通穴が形成されている。そして、サブマウントノズル１４の上端部は図示しない電磁弁を介して図示しないエジェクター等の空気吸引手段と接続されており、その貫通穴にバキュームエアを通すことにより、その下端部の端面にサブマウントＳを吸着保持することを可能としている。また、電磁弁は動作制御手段７によりサブマウントノズル１４を空気吸引手段と大気開放側とに切り替え可能であり、空気吸引手段側に接続したときにバキュームエアを貫通穴に通してサブマウントＳを吸着可能状態とし、大気開放側に接続したときにサブマウントノズル１４内を大気圧状態とし、吸着可能状態を解除する。
【００２３】
（チップヘッド）
チップヘッド１３は、図示を省略したＸＹＺガントリにより、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に沿って移動し位置決め可能に支持されている。なお、このＸＹＺガントリは、前述したマウントヘッド１５を支持するＸＹＺガントリと共用化が図られている。つまり、ＸＹＺガントリは、Ｘ方向とＹ方向の移動についてはチップヘッド１３もマウントヘッド１５も共通する構成により実行し、Ｚ方向への移動についてはチップヘッド１３とマウントヘッド１５とについてそれぞれ個別に実行する構成を備えている。
【００２４】
上記チップヘッド１３は、下方に突出した状態で保持部材としてのチップノズル１２を有している。図２は、かかるチップノズル１２の斜視図である。
このチップノズル１２は、熱伝導率が３［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度のジルコニアや０．２３［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度のポリイミド樹脂のような低熱伝導率で適度に硬度を備える素材により形成されており、その下端部の端面から上端部にかけて貫通穴１７が形成されている。そして、チップノズル１２の上端部は図示しない電磁弁を介して図示しないエジェクター等の空気吸引手段と接続されており、その貫通穴にバキュームエアを通すことにより、その下端部の端面に半導体レーザチップＴを吸着保持することを可能としている。また、電磁弁は動作制御手段７によりチップノズル１２を空気吸引手段と大気開放側とに切り替え可能であり、空気吸引手段側に接続したときにバキュームエアを貫通穴に通して半導体レーザチップＴを吸着可能状態とし、大気開放側に接続したときにチップノズル１２内を大気圧状態とし、吸着可能状態を解除する。
【００２５】
さらに、チップノズル１２の下端部にはその端面の外縁部から貫通穴１７を通過する凹部としての溝部１８を有している。かかる溝部１８を設けることで、チップノズル１２が半導体レーザチップＴを吸着する際に、溝部１８以外の下端部端面（凸部）で半導体レーザチップＴと接触するために端面との接触面積が低減され、チップノズル１２側への伝達される熱量が低減されることにより、半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳの温度変化を抑制する効果を発揮する。また、チップノズル１２の吸着時において、外気がかかる溝部１８を通って吸引されるのでこれがない場合と比較して吸引外気の整流効果を発揮する。
【００２６】
また、チップヘッド１３は、チップノズル１２をＺ方向に沿って駆動させる図示しない加圧手段としてのチップ加圧機構を備えている。これにより、半導体レーザチップＴをサブマウントＳにダイボンディングする際に加圧することを可能としている。さらに、チップノズル１２における半導体レーザチップＴの加圧状態及び加圧力を検出する図示しない加圧検出手段が加圧手段には併設されている。かかる加圧検出手段は、例えば、チップヘッド１３がチップノズル１２を弾性体を介して支持すると共に当該チップノズル１２をサブマウントＳ側に押し付けたときの反力による弾性体の変形量から測定できる。
【００２７】
（動作制御手段及びこれに基づくダイボンディング装置の動作）
図３は、ダイボンディング装置２０の制御系を示すブロック図である。動作制御手段７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含む演算装置で構成され、これらに所定のプログラムが入力されることにより、ヒータ６ａ，Ｘ−Ｙテーブル５，マウント加圧機構１１，チップ加圧機構，Ｚ軸昇降機構，不活性ガス供給手段，ＸＹＺガントリ，サブマウントヘッド用の吸気吸引手段，チップヘッド用の空気吸引手段，冷却手段に対して下記に示す動作に従って動作制御を実行する。
【００２８】
また、この動作制御手段７は、吸引停止機能１９を有している。かかる吸引停止機能１９により、チップヘッド１３のチップ加圧機構により半導体レーザチップＴの加圧を行う際に、チップノズル１２の電磁弁を大気開放側へ切り替えて当該チップノズル１２内への大気吸引を中断させる動作制御が行われる。例えば、チップヘッド１３にチップノズル１２の加圧時における反力を検出するセンサを設け、その反力が規定値を上回る際に電磁弁を大気開放側へ切り替えるように制御することで実現する。
【００２９】
以下、ダイボンディング装置２０の動作を説明する。前述したように、このダイボンディング装置２０は、サブマウントＳ上に半導体レーザチップＴをダイボンディングさせることを目的とする装置である。そして、サブマウントＳは窒化アルミニウム又はシリコンから形成されており、半導体レーザチップＴを接合する面（図１における上面）の表面にはＡｕ−Ｓｎからなる共晶ハンダ膜が３［μｍ］程度蒸着されている。また、半導体レーザチップＴは、例えば、ＧａＡｌＡｓ系であり、大きさは縦３００［μｍ］，横５００［μｍ］，厚さ８０〜１３０［μｍ］程度のものを対象とする（無論、これに限定されるものではない）。そして、ダイボンディング装置２０は、サブマウントＳの共晶ハンダ膜を加熱し溶融させることにより半導体レーザチップＴを固着させるものである。
【００３０】
まず、サブマウントヘッド１５のサブマウントノズル１４が吸引状態となるように電磁弁が切り替えられ、ＸＹＺガントリによりサブマウントヘッド１５をサブマウントトレーステージ１上のいずれかのサブマウントＳに位置決めする。そして、サブマウントヘッド１５をＺ方向に沿って下降させ、サブマウントノズル１４先端にサブマウントＳを吸着させる。
【００３１】
そして、サブマウントヘッド１５をサブステージ９に搬送し、ステージ９上の所定位置にサブマウントＳを載置し、電磁弁を大気開放側に切り替えて、サブマウントＳを吸着状態から開放する。その後、サブマウントヘッド１５はマウント加圧機構１１の邪魔とならないようにサブステージ９上から退避させる。一方、サブステージ９の吸引孔を吸引状態としてサブマウントＳをステージ上の所定位置に吸着保持させる。
【００３２】
次に、マウント加圧機構１１がＺ軸昇降機構により加圧作業を行うための所定高さまで下降され、その高さが決まると、加圧治具１０を下降させて、その端面によりサブステージ９上のサブマウントＳを１〜２［Ｎ］の加圧力にて加圧する。かかる加圧力の設定は、例えば、マウント加圧機構１１が加圧治具１０を弾性体を介して支持すると共に当該治具１０をサブマウントＳに押し付けたときの反力による弾性体の変形量から測定できる。
そして、かかる加圧によりサブマウントＳのハンダ膜の表面に形成されていた酸化膜が破壊される。
【００３３】
加圧が済むと、マウント加圧機構１１はＺ軸昇降機構により退避位置まで退避させられる。そして、再びマウントヘッド１５がＸＹＺガントリによりサブステージ９上のサブマウントＳに位置決めされ、電磁弁を吸引状態に切り替えてサブマウントノズル１４によりサブマウントＳを吸着する。また、このときサブステージ９の吸引孔は吸引状態を解除する。
【００３４】
一方、ヒータステージ６のヒータ６ａは、予めプリヒート温度である１００［℃］に加熱されている。なお、ヒータステージ６は図示しない温度検出手段を備えており、その出力から動作制御手段７は温度制御を行っている。そして、温度維持されたヒータステージ６上にサブマウントヘッド１５が位置決めされ、電磁弁を大気開放側に切り替えて、サブマウントＳを吸着状態から開放する。その後、サブマウントヘッド１５はチップヘッド１４の邪魔とならないようにヒータステージ６上から退避させる。一方、ヒータステージ６の吸引孔を吸引状態としてサブマウントＳをステージ上の所定位置に吸着保持させる。
【００３５】
その後、図示しないゆらぎ対策手段によりゆらぎ対策を行いながら、カメラ１６によりヒータステージ６上のサブマウントＳを撮像し、取得された撮像データからヒータステージ６又はサブマウントＳ又は双方に付されたマーク（図示略）を利用して、或いはヒータステージ６の上面及びサブマウントＳの外形（エッジ）を利用してサブマウントＳがヒータステージ６の上面において所定位置にあるか否かを認識する。もし、位置ズレが許容範囲外の時にはＸ−Ｙテーブル５を作動させてサブマウントＳの位置修正を行う。
なお、プリヒート温度である１００［℃］は、カメラ１６による撮像において、ゆらぎ対策を実行しつつ位置認識を実行する場合の認識精度に影響が出ない範囲内であってその上限値に近い温度である。
また、ゆらぎ対策手段としては、独立した構成としても設けても良いが、前述した冷却手段により実現することができる。即ち、冷却手段により低圧力でエアを吹き付けることで、ヒータステージ６上における揺らぎの原因となる加熱空気を除去することで実現される。
【００３６】
上記認識作業が完了すると、チップヘッド１３がそのＸＹＺガントリによりチップトレーステージ３上に搬送される。そして、チップノズル１２はその電磁弁が吸引状態に切り替えられ、その下端部の端面に半導体レーザチップＴを吸着する。さらに、チップヘッド１３はヒータステージ６上に搬送され、サブマウントＳ上に半導体レーザチップＴを載置する。
【００３７】
なお、ヒータ６ａは前述したサブマウントＳ位置認識作業完了から上述の半導体レーザチップＴをサブマウントＳ上に載置するまでにその加熱温度を１００［℃］から２５０［℃］まで昇温する。この２５０［℃］という温度は、サブマウントＳの共晶ハンダ膜が溶融を生じる直前の温度である。
【００３８】
さらにチップヘッド１３は、チップ加圧機構によりチップノズル１２を介して半導体レーザチップＴを０．３〜０．５［Ｎ］程度の荷重で加圧する。また、かかる加圧時において、吸引停止機能１９により電磁弁が大気開放側に切り替えられ、チップノズル１２内への大気の流動が停止され、大気流動による熱損失が抑えられるので、ボンディング時における半導体レーザチップＴの局所的な温度格差が抑制される。
【００３９】
上記半導体レーザチップＴの加圧と同時に、不活性ガス供給手段が作動し、ヒータステージ６上に窒素ガスが吹き付けられる。また、これと同時に、ヒータ６ａがサブマウントＳのＡｕ−Ｓｎハンダ膜の溶融温度である２８０［℃］を考慮した設定温度である３６０［℃］まで加熱される。そして、ヒータ６ａは、かかる設定温度状態を１［ｓｅｃ］維持してサブマウントＳの共晶ハンド膜を溶融させ、その後加熱を停止する。
【００４０】
その後、冷却工程に移行する。即ち、冷却手段が作動し、ヒータステージ６上に０．５［ＭＰａ］のエア圧で冷却エアの吹きつけが行われ、半導体レーザチップＴと及びサブマウントＳとが２５０［℃］まで冷却される。これにより共晶ハンダは溶融状態から凝固状態となり、半導体レーザチップＴがサブマウントＳ上に接合される。
【００４１】
そして、チップヘッド１３は電磁弁を吸引状態に切り替えてチップノズル１２により半導体レーザチップＴをサブマウントＳごと吸着する。このときヒータステージ６の吸引孔は吸引状態を解除する。また、冷却手段は、チップノズル１２に保持された半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳが位置ズレや脱落を生じないよう範囲までエア圧が低減される（例えば０．２［ＭＰａ］）。
さらに、ＸＹＺガントリにより図示しないダイボンディング済みの格納トレーに搬送されて吸着を解除し、当該トレーに半導体レーザチップＴがダイボンディングされたサブマウントＳが格納される。
また、冷却手段は、ヒータステージ６の近傍からサブマウントＳ及び半導体レーザチップＴが離れると、再びエア圧を０．５［ＭＰａ］に戻し、ヒータステージ６がプリヒート温度である１００［℃］となるまで継続して冷却する。
【００４２】
（ダイボンディング装置の効果）
上位ダイボンディング装置２０では、チップノズル１２を熱伝導率の低い素材であるジルコニアから形成したので、加圧時において、半導体チップまで伝導された熱がさらにチップノズル１２に伝導されることによる熱量の損失が低減される。従って、半導体チップＴにチップノズル１２が接触する部分と接触しない部分との温度差が約２［℃］にまで低減することができ、半導体レーザチップ全体における加熱ムラを抑制することが可能となる。従って、加熱不均一を原因とする接合不良を効果的に抑制することが可能となる。また、加熱不均一による半導体チップのたわみの発生も効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
また、チップノズル１２をポリイミド樹脂により形成した場合にも、その熱伝導率の低さから半導体チップＴにチップノズル１２が接触する部分と接触しない部分との温度差が約０．２［℃］にまで低減することができ、半導体レーザチップ全体における加熱ムラを抑制することが可能となる。従って、加熱不均一を原因とする接合不良を効果的に抑制し、半導体チップのたわみの発生も効果的に抑制することが可能となる。
【００４４】
なお、チップノズルはその全体だけではなく半導体レーザチップＴと接触する先端部のみを低熱伝導率の素材としても良い。また、チップノズルの素材については上述のものに限定されるものではなく、ルビー（熱伝導率３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］）よりも低い素材であれば良いが、熱伝導率１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下程度のものであって広範な種類の半導体チップについてソリを生じない程度に加熱ムラを低減し得ることを可能とすることが望ましい。例えば、熱伝導率１０〜５［Ｗ／ｍ・Ｋ］の低熱伝導率アルミナ等がこれに該当する。さらに、半導体チップの保持を可能な程度の硬度を有する樹脂や低熱伝導率のセラミック等であっても良い。好ましくは、熱伝導率５〜１　［Ｗ／ｍ・Ｋ］、さらに好ましくは熱伝導率１〜０．１［Ｗ／ｍ・Ｋ］の素材である。
【００４５】
また、上記実施形態では、チップノズル１２の先端部に溝部１８を設けることで凹部と凸部を形成する構成を例示したが、凹部と凸部の形成によりチップノズルの先端面の半導体チップに対する接触面積の低減が図れればいかなる形状又は構造であっても良い。例えば、チップノズルの先端部により多くの溝を設けても良いし、多孔質としてもよく、また逆に複数の突起を有する構造としても良い。なお、より望ましくは、溝や穴を設ける構造として、放熱効果を生じにくいものとする方が、半導体レーザチップの温度差を低減する観点からは有利である。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、保持部材の先端部を熱伝導率の低い素材から形成したので、加圧時において、半導体チップまで伝導された熱がさらに保持部材に伝導されることによる熱量の損失が低減される。従って、半導体チップの保持部材が接触する部分と接触しない部分とでの加熱不均一状態が抑制される。従って、半導体チップ全体における加熱ムラを原因とする接合不良を効果的に抑制することが可能となる。また、加熱ムラによる半導体チップのソリの発生も効果的に抑制することが可能となる。
【００４７】
請求項２記載の発明は、保持部材がその先端部の端面全体ではなく凸部のみで半導体チップと接触するので、接触面積の低減により、半導体チップから保持部材側へ伝導される熱量がさらに低減され、より半導体チップの接合部全体が均一に加圧され、接合不良や半導体チップのたわみがより効果的に抑制される。
【００４８】
請求項３記載の発明は、吸引停止機能により、半導体チップが基板側に加圧されると、それまで外気吸引により半導体チップを吸着保持していた保持部材の吸引状態が解除されるので、保持部材の先端部と半導体チップとの隙間から流入する外気により奪われる半導体チップの熱量の損失が有効に回避され、より半導体チップの接合部全体が均一に加圧され、接合不良や半導体チップのたわみがより効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に開示したチップノズルの斜視図である。
【図３】実施形態の制御系を示すブロック図である。
【図４】従来例の要部を示す部分説明図である。
【図５】図４に開示したチップノズルの斜視図である。
【符号の説明】
６　ヒータステージ（加熱手段）
７　動作制御手段
１２　チップノズル（保持部材）
１８　溝部（凹部）
１９　吸引停止機能
２０　ダイボンディング装置
Ｓ　サブマウント（基板）
Ｔ　半導体レーザチップ（半導体チップ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a die bonding apparatus for joining a semiconductor chip to a substrate.
[0002]
[Prior art]
With the recent increase in demand for semiconductors, their manufacture has been automated. Among the semiconductor manufacturing processes, there is a die bonding process in which a semiconductor chip is bonded to a substrate with a brazing material, and such a process is also automated.
[0003]
A conventional die bonding apparatus 50 will be described with reference to FIG. 4 taking as an example a case where a die bonding step is performed in a manufacturing process of a semiconductor laser device as a semiconductor. This semiconductor laser device includes, for example, a GaAlAs-based semiconductor laser chip T, a lead substrate (not shown) having connection leads to the outside, and a submount S made of copper or silicon interposed therebetween. I have. The die bonding apparatus 50 performs die bonding of the semiconductor laser chip T to the submount S. An Au-Sn-based or Au-Si-based eutectic solder film H as a brazing material is previously formed on the submount S at the bonding position of the semiconductor laser chip T, and the die bonding apparatus 50 operates at the bonding position. These are joined by pressing and heating the semiconductor laser chip T.
[0004]
Specifically, the die bonding apparatus 50 includes a heater stage 51 that suctions and holds the mounted submount S and heats the mounted submount S from below, and a submount that holds and transports the semiconductor laser chip T and that is mounted on the heater stage 51. S is provided with a chip nozzle 52 for pressing the semiconductor laser chip T.
As shown in FIG. 5, the tip nozzle 52 is formed in a tubular shape having a through hole 53 along its center line. The outer surface of the end face at the lower end in the figure has a diameter of 300 [μm] and an inner diameter of 100 [μm]. μm]. The upper end of the tip nozzle 52 is connected to a suction unit (not shown) that makes the inside of the through hole 53 a negative pressure. Therefore, the outside air is sucked from the lower end, and the semiconductor laser chip T can be held on the lower end.
[0005]
The semiconductor laser chip T is conveyed to the submount S on the heater stage 51 while holding the semiconductor laser chip T at the lower end of the chip nozzle 52, and the semiconductor laser chip T is pushed down by pushing down the chip nozzle 51 to the submount S side. The eutectic solder film H is joined by applying pressure and heating at 280 to 380 [° C.] from below for 1 [sec].
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional die bonding apparatus 50 performs bonding by heating the semiconductor laser chip T from below the submount S while pressing the semiconductor laser chip T toward the submount S. Therefore, the submount S is heated, and the heat is transmitted to the semiconductor laser chip T, and the heat of the semiconductor laser chip T is further transmitted to the chip nozzle 52. The tip nozzle 52 is made of a hard metal having a thermal conductivity of about 75 [W / m · K], ruby of about 30 [W / m · K], or alumina of about 30 [W / m · K]. Therefore, the semiconductor chip T has a problem that a temperature difference of about 10 [° C.] occurs between a part where the chip nozzle T contacts and a part where the chip nozzle T does not.
In such a case, the eutectic solder layer H interposed between the semiconductor laser chip T and the submount S has a portion where the melting is sufficiently performed and a portion where the melting is not sufficient, and there is a possibility that a bonding failure may occur. Was. Further, when the above-described temperature difference occurs inside the semiconductor chip T, as shown in FIG. 4, the semiconductor chip T may be warped due to the bimetal effect, and may further cause a bonding failure.
[0007]
Further, since the semiconductor chip T is held by suction of the chip nozzle 52, outside air flows in from a gap between the semiconductor laser chip T and the tip end surface of the chip nozzle 52 during heating, and the flowing air also flows. This was the cause of the temperature difference.
[0008]
An object of the present invention is to satisfactorily join a semiconductor chip and a substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a die bonding apparatus for heating and pressurizing a semiconductor chip and a substrate thereof and joining the semiconductor chip and the substrate by a brazing material interposed therebetween, wherein a heating means for mounting and heating the substrate, and a tip thereof A holding member for holding the semiconductor chip at the portion, and pressurizing means for pressing the semiconductor chip toward the substrate placed on the heating means via the holding member, wherein at least the distal end of the holding member has thermal conductivity. Is made of a material lower than ruby.
[0010]
Here, the “semiconductor chip” generally indicates a chip on which an electronic circuit of an element corresponding to a semiconductor is formed, such as a semiconductor laser chip, an IC chip, and an LSI chip.
The term “substrate” refers to any substrate on which the above-described semiconductor chip is die-bonded, including an alumina substrate and a ceramic substrate. Therefore, the term “substrate” includes an alumina substrate, a ceramic substrate, a submount for a semiconductor laser chip, and the like.
[0011]
In the above configuration, the substrate is heated by the heating means, and before and after this, the semiconductor chip held at the tip of the holding member is placed on the upper surface of the substrate and pressed. At this time, a brazing material that is melted by heating is interposed between the substrate and the semiconductor chip. Such a brazing material may be formed in a layer on the bonding surface of either the substrate or the semiconductor chip before the die bonding step, or may be inserted when the semiconductor chip is pressed onto the substrate.
[0012]
Then, by the heating from the heating means, heat is conducted through the substrate and the brazing material is melted, and the brazing material spreads into the gap between the substrate and the chip by the pressure from the semiconductor chip side, and the heat from the heating means is applied to the semiconductor. It also conducts to the chip. At this time, if the holding member is made of a material having a high thermal conductivity, the heat conducted to the semiconductor chip further escapes to the holding member side, and the heating state of the semiconductor chip is changed to a portion where the holding member is not in contact with a portion where the holding member is not in contact. However, in the above configuration, since the tip of the holding member is formed of a material having low thermal conductivity, the loss of heat to the holding member is small, and the occurrence of the non-uniform state as described above occurs. Be suppressed.
[0013]
The invention according to claim 2 has the same configuration as that of the invention according to claim 1, and has a concave portion and a convex portion on the end face of the tip portion of the holding member, and holds the semiconductor chip in contact with the semiconductor chip only with the convex portion. , Is adopted.
The concave and convex portions include a case where a groove is provided on the distal end surface of the holding member. In that case, the groove portion is a concave portion, and portions other than the groove portion are convex portions.
In the above configuration, the same operation as in the first aspect of the present invention is performed, and the holding member comes into contact with the semiconductor chip only by the convex portion instead of the entire end surface of the front end portion. The amount of heat conducted to the holding member side can be further reduced.
[0014]
The invention according to claim 3 has the same configuration as that of the invention according to claim 1 or 2, and when the holding member holds the semiconductor chip, the air suction means is operated so that the outside air from the tip portion is actuated. Is performed. As a result, the inside of the tubular holding member has a pressure lower than the atmospheric pressure, and the semiconductor chip is attracted to the tip of the holding member. Then, in this state, the holding member presses the substrate on the heating means. Then, the pressurized state is detected by the pressurization detecting means, and the suction state of the holding member is switched to the non-suction state by the suction stop function. As a result, the semiconductor chip cannot be sucked at the tip of the holding member, but since the semiconductor chip is already sandwiched between the substrate and the holding member, heating and pressing are effectively performed, and The chip is bonded to the substrate.
[0015]
Here, the pressure detecting means includes a sensor for directly detecting the pressurized state of the holding member and a means for detecting a control signal for instructing the pressurizing means to start pressurizing.
Further, the switching between the suction state and the non-suction state of the holding member is performed when the operation and non-operation of the air suction means are instructed by a control signal, or the connection state and the non-connection state between the holding member and the air suction means. Are switched by a control signal.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Overall Configuration of Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The die bonding apparatus 20 according to the present embodiment is an apparatus for die bonding a semiconductor laser chip T as a semiconductor chip to a submount S as a substrate. The die bonding apparatus 20 includes a submount tray stage 1 having a submount tray 2 on which a plurality of submounts S before die bonding can be mounted, and a plurality of semiconductor laser chips T before die bonding. A chip tray stage 3 having a semiconductor laser chip tray 4 thereon, a sub-stage 9 for performing an operation for breaking an oxide film of a solder layer deposited on the sub-mount S by pressurization from above on an upper surface thereof, A mount pressing mechanism 11 for pressing the submount S mounted on the upper surface of the substage 9 from above, a heater stage 6 as a heating means having a built-in heater 6a as a heat source; XY table 5 for positioning by moving in the X and Y directions, and a predetermined Submount head 15 as a submount transport unit for transporting the semiconductor laser chip T, a chip head 13 for holding the semiconductor laser chip T and transporting it to a predetermined position, and a camera for recognizing the position of the submount S on the heater stage 6 16 and an operation control means 7 for controlling the operation of each of the above-described components.
[0017]
(Each stage)
The stages 1, 9, 6, and 3 are arranged in a line along the X direction in the order of the submount tray stage 1, the substage 9, the heater stage 6, and the chip tray stage 3. The upper surface of each of the stages 1, 9, 6, and 3 is formed horizontally and flat so that the submount S or the semiconductor laser chip T can be mounted according to the application.
[0018]
The positions of the stages 1, 9, and 3 are fixed, but only the heater stage 6 is supported by the XY table 5 so that the position can be adjusted along the X and Y directions. Further, since the heater stage 6 has the built-in heater 6a as described above, it is possible to heat the submount S and the semiconductor laser chip T mounted on the upper surface thereof.
Further, both the heater stage 6 and the substage 9 are provided with suction holes for sucking air by passing vacuum air on the upper surfaces thereof. This is for sucking the submount S at a predetermined position during work on each of the stages 6 and 9 to prevent positional deviation.
[0019]
In addition, an inert gas supply unit and a cooling unit (not shown) are provided near the heater stage 6. The inert gas supply means has a supply source of a nitrogen gas, which is an inert gas, and a blowing nozzle directed to the heater stage 6. When the semiconductor laser chip T is bonded to the submount S, these are supplied to these components. Spray nitrogen gas. The cooling means has a supply source of cooling air and a blowing nozzle directed onto the heater stage 6. After bonding the semiconductor laser chip T to the submount S, the heated state is changed to the cooling air. Cool by spraying.
[0020]
(Mount pressure mechanism)
The mounting pressure mechanism 11 is disposed above the sub-stage 9. The mount pressing mechanism 11 is moved by a Z-axis elevating mechanism (not shown) to avoid collision with an XYZ gantry (not shown) and a mount head 15 moved thereby, and not to hinder their movement. It is movably supported along the direction and can be retracted upward.
[0021]
Further, the mount pressing mechanism 11 itself has a pressing jig 10 capable of projecting and retracting from the pressing mechanism 11 along the Z direction. Due to the protruding movement (moving downward) of the pressing jig 10, the end face of the lower end portion thereof comes into contact with the submount S on the substage 9, and can be pressed. The pressurization from above by the mount pressurization mechanism 11 is performed to destroy the oxide film of the solder layer deposited and formed on the upper surface of the submount S mounted on the substage 9. Therefore, the pressing jig 10 is formed of a material having irregularities formed on the end face of the lower end portion, specifically, other porous ceramics or the like so as to be suitable for breaking the oxide film. In addition, the pressing jig 10 has an end surface at a lower end portion larger than the upper surface of the submount S so that the submount S can be entirely pressed.
[0022]
(Submount head)
The submount head 15 is supported by an XYZ gantry (not shown) so as to move along the X, Y, and Z directions and be positioned. The submount head 15 has a submount nozzle 14 projecting downward. The submount nozzle 14 is made of a superhard metal material, and has a through hole formed from an end surface at a lower end to an upper end. The upper end of the submount nozzle 14 is connected to an air suction means such as an ejector (not shown) through an electromagnetic valve (not shown). S can be held by suction. Further, the solenoid valve can switch the submount nozzle 14 between the air suction means and the atmosphere release side by the operation control means 7, and when connected to the air suction means side, passes the vacuum air through the through-hole and connects the submount S to the submount S. The suction state is set, and when the submount nozzle 14 is connected to the atmosphere open side, the inside of the submount nozzle 14 is set to the atmospheric pressure state, and the suction enabled state is released.
[0023]
(Chip head)
The chip head 13 is supported by an XYZ gantry (not shown) so as to move along the X, Y, and Z directions and be positioned. The XYZ gantry is shared with the XYZ gantry supporting the mount head 15 described above. In other words, the XYZ gantry executes the movement in the X direction and the Y direction by using a common configuration for both the chip head 13 and the mount head 15, and executes the movement in the Z direction individually for the chip head 13 and the mount head 15. Configuration.
[0024]
The chip head 13 has a chip nozzle 12 as a holding member projecting downward. FIG. 2 is a perspective view of the tip nozzle 12.
The tip nozzle 12 is made of a material having low heat conductivity and moderate hardness such as zirconia having a heat conductivity of about 3 [W / m · K] or a polyimide resin having a heat conductivity of about 0.23 [W / m · K]. The through hole 17 is formed from the end face of the lower end to the upper end. The upper end of the chip nozzle 12 is connected to an air suction means such as an ejector (not shown) through an electromagnetic valve (not shown). T can be absorbed and held. The electromagnetic valve can switch the chip nozzle 12 between the air suction means and the atmosphere open side by the operation control means 7, and when connected to the air suction means side, passes the vacuum air through the through hole to pass the semiconductor laser chip T. When the chip nozzle 12 is set in a suction-enabled state and connected to the atmosphere open side, the inside of the chip nozzle 12 is set in an atmospheric pressure state, and the suction-enabled state is released.
[0025]
Further, the lower end portion of the tip nozzle 12 has a groove portion 18 as a concave portion which passes through the through hole 17 from the outer edge of the end surface. By providing such a groove portion 18, when the chip nozzle 12 sucks the semiconductor laser chip T, the lower end portion end surface (convex portion) other than the groove portion 18 comes into contact with the semiconductor laser chip T, so that the contact area with the end surface is reduced. In addition, since the amount of heat transmitted to the chip nozzle 12 is reduced, an effect of suppressing a temperature change of the semiconductor laser chip T and the submount S is exhibited. Further, at the time of suction of the tip nozzle 12, the outside air is sucked through the groove 18, so that the rectifying effect of the sucked outside air is exhibited as compared with a case where the outside air is not provided.
[0026]
Further, the chip head 13 includes a chip pressing mechanism (not shown) that drives the chip nozzle 12 along the Z direction. This makes it possible to apply pressure when the semiconductor laser chip T is die-bonded to the submount S. Further, a pressure detecting means (not shown) for detecting a pressurized state and a pressing force of the semiconductor laser chip T at the chip nozzle 12 is provided in addition to the pressurizing means. Such a pressure detecting means can be measured, for example, from the deformation amount of the elastic body due to the reaction force when the chip head 13 supports the chip nozzle 12 via the elastic body and presses the chip nozzle 12 against the submount S. .
[0027]
(Operation control means and operation of die bonding apparatus based on this)
FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the die bonding apparatus 20. The operation control means 7 is constituted by an arithmetic unit including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. When a predetermined program is input to these, the heater 6a, the XY table 5, the mount press mechanism 11, the chip press Operation control is performed on the mechanism, the Z-axis elevating mechanism, the inert gas supply means, the XYZ gantry, the suction suction means for the submount head, the air suction means for the chip head, and the cooling means according to the following operations.
[0028]
The operation control means 7 has a suction stop function 19. When the semiconductor laser chip T is pressurized by the chip pressurizing mechanism of the chip head 13 by the suction stop function 19, the electromagnetic valve of the chip nozzle 12 is switched to the atmosphere open side to suction air into the chip nozzle 12. Is performed to interrupt the operation. For example, this is realized by providing a sensor for detecting a reaction force when the chip nozzle 12 is pressurized in the chip head 13 and controlling the electromagnetic valve to switch to the atmosphere opening side when the reaction force exceeds a specified value.
[0029]
Hereinafter, the operation of the die bonding apparatus 20 will be described. As described above, the die bonding apparatus 20 is an apparatus for performing the die bonding of the semiconductor laser chip T on the submount S. The submount S is formed of aluminum nitride or silicon, and a eutectic solder film made of Au-Sn is deposited on the surface of the surface (the upper surface in FIG. 1) to which the semiconductor laser chip T is bonded by about 3 [μm]. Have been. The semiconductor laser chip T is, for example, a GaAlAs-based semiconductor laser chip having a length of about 300 [μm], a width of about 500 [μm], and a thickness of about 80 to 130 [μm]. But not limited). The die bonding apparatus 20 fixes the semiconductor laser chip T by heating and melting the eutectic solder film of the submount S.
[0030]
First, the solenoid valve is switched so that the sub-mount nozzle 14 of the sub-mount head 15 is in the suction state, and the sub-mount head 15 is positioned on any of the sub-mounts S on the sub-mount tray stage 1 by the XYZ gantry. Then, the submount head 15 is lowered in the Z direction, and the submount S is sucked to the tip of the submount nozzle 14.
[0031]
Then, the submount head 15 is transported to the substage 9, the submount S is placed at a predetermined position on the stage 9, the electromagnetic valve is switched to the atmosphere open side, and the submount S is released from the suction state. After that, the submount head 15 is retracted from above the substage 9 so as not to interfere with the mounting pressure mechanism 11. On the other hand, the suction hole of the sub-stage 9 is set in the suction state, and the sub-mount S is suction-held at a predetermined position on the stage.
[0032]
Next, the mount pressing mechanism 11 is lowered to a predetermined height for performing the pressing operation by the Z-axis elevating mechanism, and when the height is determined, the pressing jig 10 is lowered and the sub-stage 9 is moved by the end face. The upper submount S is pressed with a pressing force of 1 to 2 [N]. The setting of the pressing force is performed by, for example, the amount of deformation of the elastic body due to the reaction force when the mount pressing mechanism 11 supports the pressing jig 10 via the elastic body and presses the jig 10 against the submount S. Can be measured from
Then, the oxide film formed on the surface of the solder film of the submount S is broken by the pressurization.
[0033]
After the pressurization, the mount pressurizing mechanism 11 is retracted to the retracted position by the Z-axis elevating mechanism. Then, the mount head 15 is again positioned on the submount S on the substage 9 by the XYZ gantry, the electromagnetic valve is switched to the suction state, and the submount S is sucked by the submount nozzle 14. At this time, the suction hole of the substage 9 releases the suction state.
[0034]
On the other hand, the heater 6a of the heater stage 6 is previously heated to a preheating temperature of 100 [° C.]. The heater stage 6 has a temperature detecting means (not shown), and the operation control means 7 controls the temperature based on the output. Then, the submount head 15 is positioned on the heater stage 6 where the temperature is maintained, and the electromagnetic valve is switched to the atmosphere opening side to release the submount S from the suction state. Thereafter, the submount head 15 is retracted from above the heater stage 6 so as not to interfere with the chip head 14. On the other hand, the suction hole of the heater stage 6 is set in the suction state, and the submount S is suction-held at a predetermined position on the stage.
[0035]
Thereafter, the camera 16 captures an image of the submount S on the heater stage 6 while taking a measure against fluctuation by means of a fluctuation countermeasure (not shown), and a mark (a mark) attached to the heater stage 6 or the submount S or both from the acquired image data. It is determined whether the submount S is at a predetermined position on the upper surface of the heater stage 6 by using the upper surface of the heater stage 6 and the outer shape (edge) of the submount S. If the positional deviation is out of the allowable range, the XY table 5 is operated to correct the position of the submount S.
Note that the preheating temperature of 100 ° C. is a temperature within a range that does not affect recognition accuracy when performing position recognition while taking measures against fluctuations in imaging by the camera 16 and is close to the upper limit value. is there.
Further, the fluctuation countermeasure means may be provided as an independent structure, but can be realized by the cooling means described above. That is, it is realized by blowing air at a low pressure by the cooling means to remove heated air that causes fluctuation on the heater stage 6.
[0036]
When the recognition operation is completed, the chip head 13 is transported onto the chip tray stage 3 by the XYZ gantry. The electromagnetic valve of the chip nozzle 12 is switched to the suction state, and the semiconductor laser chip T is sucked to the end face of the lower end. Further, the chip head 13 is transported onto the heater stage 6 and places the semiconductor laser chip T on the submount S.
[0037]
The heating temperature of the heater 6a is increased from 100 ° C. to 250 ° C. from the completion of the submount S position recognition operation to the mounting of the semiconductor laser chip T on the submount S. The temperature of 250 [° C.] is a temperature immediately before the eutectic solder film of the submount S melts.
[0038]
Further, the chip head 13 presses the semiconductor laser chip T with a load of about 0.3 to 0.5 [N] via the chip nozzle 12 by the chip pressing mechanism. In addition, at the time of pressurization, the electromagnetic valve is switched to the atmosphere open side by the suction stop function 19, the flow of the air into the chip nozzle 12 is stopped, and the heat loss due to the air flow is suppressed. The local temperature difference of the laser chip T is suppressed.
[0039]
Simultaneously with the pressurization of the semiconductor laser chip T, the inert gas supply means operates, and nitrogen gas is blown onto the heater stage 6. At the same time, the heater 6a is heated to 360 ° C., which is a set temperature in consideration of 280 ° C., which is the melting temperature of the Au—Sn solder film of the submount S. Then, the heater 6a maintains the set temperature state for 1 [sec] to melt the eutectic hand film of the submount S, and then stops heating.
[0040]
Thereafter, the process proceeds to a cooling step. That is, the cooling means is operated, and cooling air is blown on the heater stage 6 with an air pressure of 0.5 [MPa], so that the semiconductor laser chip T and the submount S are cooled to 250 [° C.]. You. Thereby, the eutectic solder changes from a molten state to a solidified state, and the semiconductor laser chip T is joined onto the submount S.
[0041]
Then, the chip head 13 switches the electromagnetic valve to the suction state, and sucks the semiconductor laser chip T together with the submount S by the chip nozzle 12. At this time, the suction hole of the heater stage 6 releases the suction state. The cooling unit reduces the air pressure to a range where the semiconductor laser chip T and the submount S held by the chip nozzle 12 do not shift or fall off (for example, 0.2 [MPa]).
Further, the wafer is conveyed to a die-bonded storage tray (not shown) by the XYZ gantry to release the suction, and the submount S on which the semiconductor laser chip T is die-bonded is stored in the tray.
When the submount S and the semiconductor laser chip T are separated from the vicinity of the heater stage 6, the cooling means returns the air pressure to 0.5 [MPa] again, and the heater stage 6 returns to the preheating temperature of 100 [° C.]. Continue cooling until it is.
[0042]
(Effect of die bonding equipment)
In the upper die bonding apparatus 20, the chip nozzle 12 is formed from zirconia, which is a material having a low thermal conductivity, so that, when pressurized, the heat conducted to the semiconductor chip is further conducted to the chip nozzle 12 to reduce the amount of heat. Loss is reduced. Therefore, the temperature difference between the part where the chip nozzle 12 contacts the semiconductor chip T and the part where the chip nozzle 12 does not contact can be reduced to about 2 [° C.], and it is possible to suppress heating unevenness in the entire semiconductor laser chip. . Therefore, it is possible to effectively suppress the bonding failure due to the uneven heating. In addition, it is possible to effectively suppress the occurrence of bending of the semiconductor chip due to uneven heating.
[0043]
Further, even when the chip nozzle 12 is formed of a polyimide resin, the temperature difference between the part where the chip nozzle 12 contacts the semiconductor chip T and the part where the chip nozzle 12 does not contact is about 0.2 [° C.] due to the low thermal conductivity. , And it is possible to suppress uneven heating in the entire semiconductor laser chip. Therefore, it is possible to effectively suppress poor bonding due to uneven heating, and also to effectively suppress the occurrence of bending of the semiconductor chip.
[0044]
Note that the tip nozzle may be made of a material having low thermal conductivity not only in its entirety but also in the tip portion in contact with the semiconductor laser chip T only. Further, the material of the tip nozzle is not limited to the above, and any material having a lower thermal conductivity than ruby (thermal conductivity 30 [W / m · K]) may be used. m · K] or less, and it is desirable to be able to reduce heating unevenness to such an extent that warping does not occur for a wide variety of semiconductor chips. For example, low thermal conductivity alumina having a thermal conductivity of 10 to 5 [W / m · K] corresponds to this. Further, a resin having a hardness enough to hold the semiconductor chip, a ceramic having a low thermal conductivity, or the like may be used. Preferably, it is a material having a thermal conductivity of 5 to 1 [W / m · K], more preferably a thermal conductivity of 1 to 0.1 [W / m · K].
[0045]
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the concave portion and the convex portion are formed by providing the groove portion 18 at the distal end portion of the chip nozzle 12 has been described, but the distal end surface of the chip nozzle contacts the semiconductor chip by forming the concave portion and convex portion. Any shape or structure may be used as long as the area can be reduced. For example, more grooves may be provided at the tip of the tip nozzle, or the tip nozzle may be porous, or may have a structure having a plurality of protrusions. It is more preferable that the structure in which the groove or the hole is provided is less likely to generate a heat radiation effect from the viewpoint of reducing the temperature difference between the semiconductor laser chips.
[0046]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the distal end of the holding member is formed of a material having low thermal conductivity, the heat conducted to the semiconductor chip is further transmitted to the holding member during pressurization. Is reduced. Therefore, a non-uniform heating state at a portion where the holding member of the semiconductor chip contacts and a portion where the holding member does not contact is suppressed. Therefore, it is possible to effectively suppress the bonding failure due to the uneven heating in the entire semiconductor chip. In addition, it is possible to effectively suppress the occurrence of warpage of the semiconductor chip due to uneven heating.
[0047]
According to the second aspect of the present invention, since the holding member contacts the semiconductor chip only at the convex portion, not at the entire end surface of the tip portion, the amount of heat conducted from the semiconductor chip to the holding member side is further reduced by reducing the contact area. As a result, the entire bonding portion of the semiconductor chip is uniformly pressed, and the bonding failure and the bending of the semiconductor chip are more effectively suppressed.
[0048]
According to the third aspect of the present invention, when the semiconductor chip is pressurized toward the substrate by the suction stop function, the suction state of the holding member that has previously suctioned and held the semiconductor chip by external air suction is released, so that the holding is performed. The heat loss of the semiconductor chip, which is taken away by the outside air flowing from the gap between the tip of the member and the semiconductor chip, is effectively avoided, and the entire bonding portion of the semiconductor chip is more uniformly pressed, resulting in poor bonding and bending of the semiconductor chip. Is more effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the tip nozzle disclosed in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram illustrating a control system according to the embodiment.
FIG. 4 is a partial explanatory view showing a main part of a conventional example.
FIG. 5 is a perspective view of the tip nozzle disclosed in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
6. Heater stage (heating means)
7 Operation control means
12 Tip nozzle (holding member)
18 Groove (recess)
19 Suction stop function
20 Die bonding equipment
S submount (substrate)
T semiconductor laser chip (semiconductor chip)

Claims

A die bonding apparatus that heats and presses a semiconductor chip and a substrate and joins them with a brazing material interposed therebetween,
Heating means for mounting and heating the substrate, a holding member for holding the semiconductor chip at the tip thereof, and a pressing means for pressing the semiconductor chip toward the substrate mounted on the heating means via the holding member. Pressure means,
A die bonding apparatus, wherein at least a tip portion of the holding member is formed of a material having a thermal conductivity lower than that of ruby.

2. The die bonding apparatus according to claim 1, wherein a concave portion and a convex portion are provided on an end surface of a tip portion of the holding member, and the semiconductor chip is held in contact with only the convex portion.

The holding member is formed in a tubular shape,
Air suction means for sucking outside air from the tip portion through the holding member,
Operation control means for switching between a suction state and a non-suction state at the tip of the holding member,
Pressure detection means for detecting a pressure state by the holding member,
3. The operation control unit according to claim 1, further comprising a suction stop function of switching a suction state at a tip end of the holding member to a non-suction state when the pressure detection unit recognizes a pressurized state. The die bonding apparatus according to the above.